石英钟报时专用IC

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KD—482系列集成电路是专为电子钟、石英钟等设计的报时电路。当石英钟走到整点时,向报时电路送出一个触发信号,电路则先演奏一段简单乐曲,之后便开始打点,点数从1顺序递增到12循环。它的典型工作电压为3V,不演奏时耗电极微,小于1微安。它还可应用在任何需要报时的设备、家用电器和儿童玩具上。

一、工作原理

我们首先分析一下乐曲的结构。任何乐曲的曲谱都是由许多音符组成的,演奏时从第一个(或第一组)音符开始,顺序往后直至结束。每一个音符表示声音的两个特征:即音调(声音频率)、节拍(演奏时间)。要想让音乐集成电路奏出乐曲,首先应把音乐曲谱中所有的音符以指令形式顺序存在存储器内,这种指令的集合就是程序,程序不同,演奏的乐曲就不一样。存储器中每一个存储单元有一个地址码,从0开始顺序往下排,用地址码可将存储器内的指令调出。

指令为二进制编码(最简单的系统直接用机器码),我们假设它为8位,即从00000000至11111111。为了表示音符的两个特征,我们可用编码的前五位表示音符的音调,后三位表示音符的节拍。前五位编码用以产生与指令相符的乐音音调;后三位编码用以产生与指令相符的节拍。

报时电路的原理方框图如图1所示。其中,音调发生器是一个分频器,用指令去控制它的分频次数,当需要产生的乐音频率是振荡器产生频率的几分之一时,指令就命令它进行几次分频,使产生的乐音音调合乎要求。节拍发生器也是一个分频器,对振荡器产生的频率进行分频,分频后产生乐曲的最小节拍,就是说乐曲所有音符的节拍都不能小于这个最小节拍,而只能是它的几倍。节拍脉冲类似于计算机的时钟脉冲,是芯片中起指挥作用的最小时间单元。地址码产生器由一个被指令控制的分频器与一个加1计数器组成。分频器对节拍发生器送来的节拍脉冲进行分频,每一个音符的节拍是最小节拍的几倍,该音符的指令就控制这个分频器进行几次分频,使分频时间与音符节拍时间相等。分频后地址码加1,调下一个音符对应的指令,电路开始产生下一个音符的音调与节拍。音色调整器通过改变声频电流的波形,使电路产生象钢琴、单簧管等声音。振荡器是整个电路的心脏,它给音调发生器与节拍发生器提供信号,供它们分频使用。振荡器为自激多谐振荡电路,决定其频率的关键元件是R、C,由于振荡频率不高,所以电阻阻值与电容器容量都较大,不易集成化,需由使用者自己安装。

图1
图1 🔍原图 (961×313)

当一个乐曲(包括打点部分)奏完后,发出一个指令,命令地址码产生器暂停工作,直到下一个触发信号到来后,才开始调下一个乐曲的指令,如此循环下去。

二、产品型号与特点

1、KD—482B,见图2。本电路能产生12首乐曲,并在每首乐曲后面跟着打点。振荡器外接R\(_{1}\)、C1,加大它们的数值,会使电路产生的音调降低,节拍变慢。外接两只PNP型硅三极管组成放大器。

图2
图2 🔍原图 (407×288)

2、KD-482D(M203),见图3。本电路为KD-482B的改进型,在三极管Q\(_{1}\)的基极输入端串入一个光敏电阻GR,可用MG—45型,它的作用是防止夜间报时打点声音太大,惊扰睡眠。由于夜间光线很暗,光敏电阻阻值变大,控制音乐声减小甚至听不到。本电路发出的乐曲的音质更好听。

图3
图3 🔍原图 (387×333)

3、KD—482E,见图4。它也有光控作用,并且内存1024个音符,所以发出的声音是双音调的,听起来不感到单调。

图4
图4 🔍原图 (468×261)

4、KD—482G,它除具有光控、打点功能外,其内部还附有3252型走时IC。这是高音质音乐电路,它以管风琴的声音奏出西敏寺教堂歌曲。

5、KD—482H,它具有程控、双音调,突出特点是乐曲后以中文语言报时,省去了数点数的麻烦。

6、KD—482FB,它可发出双音调乐曲(西敏寺教堂曲),具有程控功能——晚10时至早5时不发声。

7、KD-482GB它存有16首乐曲,具有双音程控功能。

此外还有KD—482A(KD—482)型,它只存有12首乐曲,不打点。以上萧山晶体管厂均有售。

三、使用

在图2~4上均绘出了用微动开关触发的方式,实用中要从钟表上引出触发信号,而微动开关只起调整作用,使打点数与钟表走时一致。从钟表上引出的触发信号接至图中“*”点,平时“*”点保持零电位,触发时电位上升至+3V,触发后电位回零。个别钟表可能有报时输出端,若输出电压大于或小于+3V,都要加接口电路,参看图5。(祝希忠)

图5
图5 🔍原图 (576×222)